Chapitre 9 • Oxydoréduction
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Les réactions redox par voie sèche sont équilibrées plus facilement par la méthode usuelle que par
la méthode des nombres d’oxydation. En revanche, il est instructif d’utiliser a posteriori les n.o.
pour bien mettre en évidence les processus d’oxydoréduction.
Pour cette raison, équilibrer, parmi les réactions suivantes, celles qui ne le sont pas ; puis, préciser
pour toutes les réactions le processus d’oxydation et celui de réduction.
a) Production du zinc par voie thermique.
(i) Grillage (oxydation) de la blende ZnS à plus de 1000 °C :
ZnS + O 2 → ZnO + SO 2
(ii) Réduction de ZnO par le carbone entre 1300 et 1500 °C :
ZnO + C → Zn + CO
b) Production du fer dans un haut-fourneau (où il s’allie à C pour donner la fonte).
(i) Grillage (oxydation) de la pyrite FeS 2 où le soufre est sous forme du dimère S 2
2– :
FeS 2 + O 2 → Fe 2 O 3 + SO 2
(ii) Réactions successives de réduction de Fe 2 O 3 observées aux températures croissant de
≈ 600 à ≈ 1000 °C en descendant dans le haut-fourneau :
Fe 2 O 3 + CO → Fe 3 O 4 + CO 2
Fe 3 O 4 + CO → FeO + CO 2
FeO + CO → Fe + CO 2
La magnétite Fe 3 O 4 sera considérée comme (Fe 2 O 3 , FeO).
9.5** Degrés d’oxydation du fer et des métaux de la série 3d
L’ion tétraoxoferrate(VI) [FeO 4 ] 2– est couramment appelé ion ferrate et écrit FeO 4
2– , similaire en
cela à l’ion chromate CrO 4
2– . C’est un oxydant puissant {E 0 (FeO 4
2– /Fe 3+ ) = 2,2 V}.
a) Écrire la demi-équation caractéristique du couple FeO 4
2– /Fe 3+ .
b) Le fer est un métal de transition de la série 3d (c’est-à-dire un métal de la 4 e période à la souscouche 3d incomplète). Le degré d’oxydation +VI qu’il adopte dans FeO 4
2– est la valeur
maximale observée de son n.o. Son numéro atomique est Z = 26. Dans la classification
périodique, Fe est précédé de Sc, Ti, V, Cr et Mn, dont les numéros atomiques vont de 21 à
25, et dont les valeurs maximales des degrés d’oxydation sont respectivement : +III ; +IV ;
+V ; +VI et +VII.
Après avoir recherché la configuration électronique des éléments allant de Sc à Fe inclus, montrer
que le fer se distingue des éléments qui le précède quant à la relation entre sa structure électronique
et son degré d’oxydation maximal.
c) La configuration électronique de Fe permet-elle de justifier les deux principaux degrés
d’oxydation de cet élément : +II et +III ?
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Les réactions redox par voie sèche sont équilibrées plus facilement par la méthode usuelle que par
la méthode des nombres d’oxydation. En revanche, il est instructif d’utiliser a posteriori les n.o.
pour bien mettre en évidence les processus d’oxydoréduction.
Pour cette raison, équilibrer, parmi les réactions suivantes, celles qui ne le sont pas ; puis, préciser
pour toutes les réactions le processus d’oxydation et celui de réduction.
a) Production du zinc par voie thermique.
(i) Grillage (oxydation) de la blende ZnS à plus de 1000 °C :
ZnS + O 2 → ZnO + SO 2
(ii) Réduction de ZnO par le carbone entre 1300 et 1500 °C :
ZnO + C → Zn + CO
b) Production du fer dans un haut-fourneau (où il s’allie à C pour donner la fonte).
(i) Grillage (oxydation) de la pyrite FeS 2 où le soufre est sous forme du dimère S 2
2– :
FeS 2 + O 2 → Fe 2 O 3 + SO 2
(ii) Réactions successives de réduction de Fe 2 O 3 observées aux températures croissant de
≈ 600 à ≈ 1000 °C en descendant dans le haut-fourneau :
Fe 2 O 3 + CO → Fe 3 O 4 + CO 2
Fe 3 O 4 + CO → FeO + CO 2
FeO + CO → Fe + CO 2
La magnétite Fe 3 O 4 sera considérée comme (Fe 2 O 3 , FeO).
9.5** Degrés d’oxydation du fer et des métaux de la série 3d
L’ion tétraoxoferrate(VI) [FeO 4 ] 2– est couramment appelé ion ferrate et écrit FeO 4
2– , similaire en
cela à l’ion chromate CrO 4
2– . C’est un oxydant puissant {E 0 (FeO 4
2– /Fe 3+ ) = 2,2 V}.
a) Écrire la demi-équation caractéristique du couple FeO 4
2– /Fe 3+ .
b) Le fer est un métal de transition de la série 3d (c’est-à-dire un métal de la 4 e période à la souscouche 3d incomplète). Le degré d’oxydation +VI qu’il adopte dans FeO 4
2– est la valeur
maximale observée de son n.o. Son numéro atomique est Z = 26. Dans la classification
périodique, Fe est précédé de Sc, Ti, V, Cr et Mn, dont les numéros atomiques vont de 21 à
25, et dont les valeurs maximales des degrés d’oxydation sont respectivement : +III ; +IV ;
+V ; +VI et +VII.
Après avoir recherché la configuration électronique des éléments allant de Sc à Fe inclus, montrer
que le fer se distingue des éléments qui le précède quant à la relation entre sa structure électronique
et son degré d’oxydation maximal.
c) La configuration électronique de Fe permet-elle de justifier les deux principaux degrés
d’oxydation de cet élément : +II et +III ?